당 생물학

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당 생물학은 새로운 과학 연구분야로 생화학과 분자 생물학을 기본지식을 바탕으로 글리칸의 구조, 생합성, 생물학적 기능에 대한 연구 학문이다.  글리칸은 생체의 주요 성분으로 자연에 넓게 존재한다.  (1)(2)

생물학에서는 고분자를 크게 4 개의 종류로 나누어 볼 수 있다 : 유전자, 단백질, 지방질 그리고 글리칸이나 또는 당질.   글리칸(3) 은 특별한 특성을 보유하는 고분자 그룹인데, 아주 다양한 분자구조, 올리고메트릭 또는 폴리메트릭, 선형 또는 발달한 분지형을 보유하고 있어 단위체 사이에 여러 타입으로 결합이 가능하다.     

글라이콤 :

글라이콤은 어떤 유기체의 모든 글리코시드 복합체를 전반적으로 대표하는 식별 카드로 간주될 수 있다. 기관 또는 세포 타입에 따라서 달라진다.  글라이콤은 프로테움보다 훨씬 더 복잡하다 왜냐하면 글라이콤은 기본 구성요소들의 아주  풍부한 구조적 다양성과 복합적인 상호작용에 의한 결합의 결과이기 때문이다.

글리칸 (4) :

단당류는 단당류의 하이드록실 (-OH) 그룹의 공간적 방위성에 유인하여, 여러 입체 이성체를 나타낸다. 하이드록실 그룹의 포지션은 당류 사이의  결합 성격을 결정짓는다.  하이드록실 그룹은 카르복실, 아민, 또는N-아세틸 그룹같은 다른 그룹으로 대체될 수 있다.  

글리칸은 보통 크게 4 개의 종류로 나뉜다 :

-글루코스, 갈락토스, 또는 과당같은 단당류. 이 당류들은 간단한 분자구조를 가지고 있고 가수분해가 안되며 결정체를 이룬다.

-말토스, 락토스 또는 자당 같은 이당류

-반복된 유닛과 글리코사이드 브리지로 연결되어 선형 구조 또는 분지형 구조를 이루는 일반적으로 가수 분해성이 있는 올리고사카라이드와 폴리사카라이드.

-비반복성이며 일반적으로 단백질 또는 지방질에 결합되는 올리고사카라이드 복합체.

최근까지, 이 분자 그룹, 글리칸은 단지 에너지 공급원으로 구조적인 역할만 수행하는것으로 간주되었었다. 몇 년전부터 생체내에서 글리칸의 구조 조직형태 그리고 기능에 관한 관심이 높아지고 있다. 오늘 날 연구 결과는 세포 표면에서 단백질과 지방질과 같이 세포사이 대화에 참가하는것이 알려졌다.  특히 글리칸의 콘트롤을 통해 세포내 단백질의 분배가 이루어지고 기관내에 세포와 세포가 서로 구별되는 것이 가능해진다.

당 생물학과 의학 (5) :

이미 시장에 출시된 헤파린, 적혈구 생성 촉진 호르몬 그리고 유행성 감기 치료제 같은 약품들은 효율성을 입증하여 새로운 종류의 약품으로서 글리칸의 중요도를 강조하고 있다. 또한 새로운 암 치료제에 대한 연구도 이 당 생물학 분야에서의 새로운 가능성을 인정하고 있다(6).  새로운 치료 메커니즘의 암 치료제뿐만 아니라 소염제 분야에도 다양하게 현재 임상 실험이 진행되고 있다. 당 생물학 분야는 현존하는 약품들을 보완 하거나 또는 새로운 약품 개발에 기여할 수 있을것이다. 물론 글리칸이 아주 복잡한 구조를 가지고 있기 때문에 생산을 위해 합성이 어려운 문제가 남아있지만 이 새로운 연구분야는 미래를 위해 상당히 고무적인 분야이다.

당 생물학과 피부 :

최근 기술의 발달 덕분으로 인해 당 생물학은 피부 노화 메커니즘에 대한 이해를 더욱 수준높게 할 수 있게 되었다.

인제 글리칸은 피부를 구성하는 주요한 요소로 피부의 항상성에 결정적인 역할 수행이 명확하게  입증되었다. 글리칸은  :

- 분자와 세포 인식에 결정적인 역할을 담당하며 또한 세포 표면에 생물학적 메시지 전달(7)을 위해 작용한다,

- 세포 신진대사에 작용한다 : 합성, 번식, 구별,…

- 세포 조직 구조와 형성에 참여한다,

피부의 양호한 신진대사에 불가결한 요소인 글리칸은 노화(8)에 따라 질적 그리고 양적 변화가 동반된다. 대화와 신진대사의 능력이 떨어지고 피부의 구조조직이 손상된다.  

참고 문헌:

1.       Varki A, Cummings R, Esko J, Freeze H, Stanley P, Bertozzi C, Hart G, Etzler M (2008). Essentials of glycobiology. Cold Spring Harbor Laboratory Press; 2nd edition. ISBN 0-87969-770-9. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=glyco2

2.       Varki A, Cummings R, Esko J, Freeze H, Hart G, Marth J (1999). Essentials of glycobiology. Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN 0-87969-560-9. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=glyco.TOC&depth=2.

3.        Rademacher TW, Parekh RB and Dwek RA. (1988). "Glycobiology". Annu. Rev. Biochem. 57 (1): 785–838. doi:10.1146/annurev.bi.57.070188.004033. PMID 3052290.

4.       Olden K, Bernard BA, Humphries M et al. (1985).Function of glycoprotein glycans T.I.B.S., February, 78-82.

5.       Pohlmann, La glycobiologie, une nouvelle arme pour la médecine ?, Arte다큐 특집 , ZDF, 2007. 43mn http://video.google.com/videoplay?docid=-7663079290156002221#

6.       http://falling-walls.com/lectures/peter-seeberger/

7.       Faury, G.,Ruszova,E.,Molinari,J.,Mariko,B.,Raveaud,S.,Velebny,V.,Robert,L., The alpha-1-rhamnose recognizing lectin site of human dermal fibrolasts functions as a signal transducer. Modulation of Ca++ fluxes and gene expression. Biochim.Biophys.Acta, 2008, 1780,1388–1394.

8.       Jang-Hee Oh, Yeon Kyung Kim, Ji-Yong Jung, Jeong-eun Shin, Jin Ho Chung, Changes in glycosaminoglycans and related proteoglycans in intrinsically aged human skin in vivo Experimental Dermatology, 2011